JP7008509B2 - 高成長率のｅｐｉチャンバのための遮熱リング - Google Patents
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Description
本開示の実施形態は、一般に、半導体処理のための装置に関する。より詳細には、本明細書に記載する実施形態は、エピタキシチャンバのための加熱部品に関する。
エピタキシは、半導体デバイスに対して極めて均一の電気特性を有する高品質の材料を製作するために半導体処理で一般に使用されるプロセスである。半導体デバイスがますます小さくなり、製造ユニットが大きくなるにつれて、単一の製造基板における均一性の必要も非常に厳しくなってきた。
典型的なエピタキシチャンバでは、プロセスガスが基板を横切ってチャンバの一方の側から他方の側まで流れ、そこで排気ガスが除去される。基板は、典型的には、処理中、むらの影響を最小にするために回転するが、それにもかかわらず、頑固なむらが放射状のばらつきとして現れることがある。
高成長率のエピタキシチャンバでは、典型的に、基板が位置決めされるサセプタ付近で処理量が非常に小さくなる。処理量の上には、プロセスガスを処理量に閉じ込めるための石英窓が配置される。このドームは、ドームがチャンバの側面と交わるエッジでわずかに湾曲していることがある。ドームがチャンバの側面に向かって湾曲するため、処理量は圧縮され、その結果、基板のエッジ付近でのプロセスガスのための流路は非常に小さくなる。したがって、プロセスガスは非常に速い速度で流れる。
エピタキシチャンバは通常、サセプタを一周する予熱リングまたはリングアセンブリを含む。予熱リングアセンブリは、典型的には、サセプタの下の加熱要素からの熱を吸収し、その熱をサセプタのエッジ付近で予熱リングアセンブリの上に再び放射する。放射された熱は、入ってくるプロセスガスの温度を処理温度まで上昇させ、その後、ガスはサセプタおよびその上に配置された基板に到達する。これにより、基板表面とのガスの反応が基板のエッジで開始することが確実になる。
チャンバの側面付近でプロセス量が圧縮され、ガス流量が大きくなることで、予熱リングアセンブリの上ではガスの加熱が弱まる。予熱リングアセンブリの上の滞留時間は、プロセスガスが基板のエッジでエピタキシャル成長のために活動的になるのに十分な熱を上回ることを可能にするには十分でない可能性がある。したがって、基板のエッジにおける成長が低減され、均一性が損なわれる。
流量が非常に大きい状況におけるエピタキシのためにプロセスガスを予熱する装置が必要とされている。
エピタキシチャンバに対する遮熱アセンブリが、本明細書に記載される。遮熱アセンブリは、遮熱部材および予熱部材を有する。遮熱部材は、予熱部材上に配置される。遮熱部材は、予熱部材の一部分を露出させる切断部分を有する。予熱部材は、遮熱部材を受け取るための凹み部分を有する。
理解を容易にするように、可能な場合、図に共通の同一の要素を指すために、同一の参照番号を使用した。特別な記載がなくても、一実施形態に開示する要素を他の実施形態で有益に利用することができることが企図される。
本開示において、「頂部（ｔｏｐ）」、「底部（ｂｏｔｔｏｍ）」、「側面（ｓｉｄｅ）」、「上（ａｂｏｖｅ）」、「下（ｂｅｌｏｗ）」、「上（ｕｐ）」、「下（ｄｏｗｎ）」、「上向き（ｕｐｗａｒｄ）」、「下向き（ｄｏｗｎｗａｒｄ）」、「水平（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）」、「垂直（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」などの用語は、絶対的な方向を指すものではない。代わりに、これらの用語は、チャンバの基本平面、たとえばチャンバの基板処理表面に対して平行な平面に対する方向を指す。
図１は、一実施形態による処理チャンバ１００の概略横断面図である。チャンバ１００は密閉容器１０１を有し、密閉容器１０１内に基板支持体１０４が配置される。典型的には、チャンバ１００を処理するため、基板支持体１０４上に基板１０８が配置される。プロセスチャンバ１００の側壁１３６およびプロセスチャンバ１００内に配置されたライナ１６３を通って形成されたプロセスガス入口１７４が、密閉容器１０１内へプロセスガスを流すための経路を提供する。プロセスガスは、プロセスガス源１７２からプロセスガス入口１７４を通り、基板１０８の上面を横切って流れる。基板支持体１０４は、処理中、均一性を改善するために、基板を回転させることができる。プロセスガス入口１７４の反対側には、基板１０８を横切って流れるプロセスガスがチャンバ１００から出ることを可能にするために、側壁１３６およびライナ１６３内にプロセスガス出口１７８が配置される。真空源１８０が、チャンバ１００からのプロセスガスを排気する。
基板支持体１０４の上にドーム１２８が配置され、基板支持体１０４とともに、プロセス量を画定する。蓋１３０が、ドーム１２８を定位置で保持する。
基板支持体１０４の上または下に位置することができる熱モジュールを使用して、プロセスに熱を提供することができる。チャンバ１００内では、基板支持体１０４の下に熱モジュール１４５が設けられる。熱モジュール１４５はハウジング１１４を備え、ハウジング１１４内には複数の熱源１０２が配置される。熱源１０２は、ランプ、ＬＥＤ、およびレーザの任意の組合せとすることができ、熱モジュール１４５は、光学素子１１５、たとえばレンズ、光導体、ならびに／または他の反射性および屈折性の素子を含むことができ、これらは個々に、それぞれの熱源１０２によって放出されるエネルギーを基板支持体１０４の方へ誘導するような形状とすることができる。熱モジュール１４５からの熱は基板支持体１０４を加熱し、基板支持体１０４は、基板が主に基板支持体１０４に接触している場合は伝導によって、または基板がほとんど基板支持体１０４に接触していない場合は放射によって、基板へ熱を伝達する。
遮熱アセンブリ１６０が、基板支持体１０４を取り囲む。遮熱アセンブリ１６０は、基板支持体１０４と同心円状の環状構造である。遮熱アセンブリ１６０の外半径１２０は、ライナ１６３またはチャンバ１００の側壁１３６の内半径１２１より小さい。チャンバ１００を通るガス流に対して均一に平坦な表面を提供するために、遮熱アセンブリ１６０の上面１２２は、基板支持体１０４の上面１１０と実質上同一平面上にある。
遮熱アセンブリ１６０は、予熱部材１６７および遮熱部材１６８を備える（以下でより詳細にさらに説明する）。予熱部材１６７の内半径１３２は、基板支持体１０４の外半径１３３より大きく、ともに予熱部材１６７と基板支持体１０４との間に間隙１３４を画定する。遮熱部材１６８は、間隙１３４を少なくとも部分的に覆う。
間隙１３４を通ってチャンバ１００の下部にプロセスガスが侵入するのを防止するために、チャンバ１００にパージガス源１６２を結合することができる。パージガスは、パージガス源１６２からパージガス導管１６４を通って流れ、間隙１３４を通ってプロセスガス出口１７８へ正圧ガス流を提供することができる。
図２は、一実施形態による遮熱アセンブリ２００の上面図である。遮熱アセンブリ２００は、チャンバ１００内で、遮熱アセンブリ１６０として、または遮熱アセンブリ１６０の代わりに、使用することができる。遮熱アセンブリ２００は、予熱部材２０２および遮熱部材２０４を備える。遮熱部材２０２は、予熱部材２０４上に位置する環状部材であり、遮熱部材２０２の内半径２０６は、少なくとも部分的に間隙１３４を覆うように内向きに延びる。したがって、予熱部材２０４の内半径２１２は、遮熱部材の内半径２０６より大きい。予熱部材２０４の外半径２１０もまた、遮熱部材２０２の外半径２０８より大きい。
図３は、遮熱部材２０２の概略上面図である。遮熱部材２０２は、予熱部材２０４の一部分２２２を露出させる間隙２２０を有する。露出部分２２２は、ガス入口１０６から予熱部材２０４を横切って基板支持体１０４へ流れるガスに対して、より直接的な熱露出を提供する。遮熱部材２０２の内半径２０６は、公称直径３００ｍｍの基板を収容するために、１５０ｍｍを超えることができる。たとえば、内半径２０６は、３００ｍｍの基板に対して約１５１ｍｍ～約１５５ｍｍとすることができる。間隙２２０の寸法は、寸法インジケータ３０２によって示すように、入ってくるガスに対して所望の量の熱露出を提供するように選択することができる。寸法３０２は、図３の実施形態の場合、約５０ｍｍ～約１８０ｍｍとすることができる。間隙２２０は、第１のエッジ３０４および第２のエッジ３０６を有する。第１のエッジ３０４および第２のエッジ３０６は、均一なガスの層流を促進するために、間隙２２０が対する角３１０を２等分する半径３０８に対して略平行である。他の実施形態では、エッジは、任意の所望の指向性を有することができる。たとえば、いくつかの実施形態では、エッジを丸めることができる。他の実施形態では、各エッジは、それぞれのエッジと交差する半径に対して平行とすることができる。
以下でさらに説明するように、遮熱部材２０２内には、動作中の遮熱部材２０２の動きを防止するために、１つまたは複数の形状特徴３０４を含むことができる。図３の実施形態では、間隙２２０の両側に位置する２つの外側コーナが、形状特徴として丸められている。形状特徴３０４の丸められたコーナは円形の形状であるが、任意の所望の形状をこれらのコーナに加えることができる。図３の実施形態では、丸められたコーナの曲率半径は、約０．０１ｍｍ～約１．５ｍｍ、約０．１ｍｍ～約１．０ｍｍなど、たとえば約０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、または０．５ｍｍである。
図４は、図２の予熱部材２０４の概略上面図である。予熱部材２０４は凹み部分４０２を有し、凹み部分４０２は、遮熱部材２０２が予熱部材２０４の凹み部分４０２内に位置するように、遮熱部材２０２に類似の形状である。予熱部材２０４の縁部分４０４が、凹み部分４０２と、凹み部分４０２内に配置されたときの遮熱部材２０２とを取り囲む。
予熱部材２０４は、間隙４０６を有することができる。間隙４０６は、任意の所望の経路に沿って、たとえば半径に沿ってまっすぐに、または任意の所望の湾曲した経路に沿って、予熱部材２０４を通ってその外半径２１０から内半径２１２へ形成することができる。間隙４０６は、熱サイクル中に予熱部材２０４に対する応力除去を提供することができる。間隙４０６はまた、処理中に予熱部材２０４の動きを防止するためのロック機構を提供することができる。可能なロック手段を示すために、チャンバライナ４０８を図４に想像線で概略的に示す。チャンバライナ４０８の内壁４１２内には、凹み４１０が形成されている。ロックピン４１４も想像線で示す。ロックピン４１４は、凹み４１０内へ挿入され、凹み４１０からチャンバ内部へ突出する。次いで予熱部材２０４は、ロックピン４１４が間隙４０６を通って延びるように位置決めすることができる。
図５Ａは、図２に５Ａで示した断面線で切り取った遮熱アセンブリ２００の横断面図である。予熱部材２０４は、予熱部材２０４をチャンバライナ（図示せず）などの別のチャンバ部品と係合させるために使用することができるエッジ延長部５０４を有することができる。エッジ延長部５０４は、遮熱アセンブリ２００に対する心出しを提供することができる。遮熱部材２０２は、背景に見えている。遮熱部材の厚さは、約０．１ｍｍ～約１．５ｍｍ、約０．６ｍｍ～約０．８ｍｍなど、たとえば約０．７ｍｍ、０．７５ｍｍ、０．７８ｍｍ、または０．７９ｍｍとすることができる。遮熱部材２０２の厚さは、典型的には、遮熱部材に対する所望の熱特性に基づいて選択される。予熱部材２０４の厚さ５０２は、約２．０ｍｍ～約１０．０ｍｍ、約３．０ｍｍ～約６．０ｍｍなど、たとえば約５．０ｍｍまたは約５．５ｍｍである。エッジ延長部５０４は、予熱部材２０４の本体の下へ約０．５ｍｍ～約３．５ｍｍ、たとえば約１．０ｍｍ延びることができる。遮熱部材２０２は、処理チャンバ１００内で使用される可能性が高い処理条件に耐えることが可能な任意の材料から作ることができる。例示的な材料には、石英、サファイア、ケイ素、グラファイト、炭化ケイ素、セラミック、またはこれらの組合せが含まれる。遮熱部材２０２は、同様に上記のいずれかから作られた被覆を有することができる。たとえば、遮熱部材は、炭化ケイ素または炭化ケイ素で被覆されたグラファイトから作ることができる。予熱部材２０４は、同様に上記の材料のいずれかから作ることができる。たとえば、予熱部材２０４は、炭化ケイ素または炭化ケイ素で被覆されたグラファイトから作ることができる。
図５Ｂは、図２に５Ｂで示した断面線で切り取った遮熱アセンブリ２００の横断面図である。遮熱部材２０２が見えており、遮熱部材２０２の内半径２０６が予熱部材２０４の内半径２１２を越えて内向きに延びていることを見ることができる。縁部分４０４も見えている。図５Ｂに示すように、縁部分４０４の上面５０６は、遮熱部材２０２の上面５０８と実質上同一平面上にある。図５Ｂの実施形態では、遮熱部材２０２は、予熱部材２０４に実質上連続して接触していることを示す。
図５Ｃは、別の実施形態による遮熱アセンブリ５５０の横断面図である。遮熱アセンブリ５５０の横断面図は、図５Ｂの横断面と類似の位置で切り取られている。遮熱部材２０２は予熱部材５５２に結合されており、予熱部材５５２は、遮熱部材２０２と予熱部材５５２との間の直接的な接触を最小にするために、低減された接触特徴５５４を有する。いくつかの実施形態では、遮熱部材と予熱部材との間の接触を低減させることは、予熱部材から遮熱部材への熱伝導を低減させるのに有用となることができる。低減された接触特徴５５４は、遮熱部材の下面に接触するように予熱部材５５２の上面内に形成された隆起の形をとることができる。あるいは、遮熱部材の下面内に隆起を形成することもできる。低減された接触特徴は、予熱部材内、遮熱部材内、または両方の中に形成することができる。
図６は、別の実施形態による遮熱アセンブリ６００の横断面図である。遮熱アセンブリ６００は、遮熱アセンブリ２００に類似しているが、遮熱アセンブリ２００が図５Ａで正方形のエッジを有するものとして描かれているのに対して、遮熱アセンブリ６００は、丸いエッジ６０２および面取りしたエッジ６０４などのいくつかの任意選択の構造的特徴を含む。遮熱アセンブリ６００は、傾斜した接触表面を有する予熱部材６０６および遮熱部材６０８を含む。予熱部材６０６は、傾斜した表面６１０を含み、遮熱部材６０８は、傾斜した表面６１０上に位置する傾斜した表面６１２を含む。
上記では特定の実施形態を対象としたが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、他のさらなる実施形態を考案することができる。
Claims (17)
- 環状の遮熱部材であって、前記環状の遮熱部材の角に対する間隙を有し、前記間隙のエッジが、前記角を２等分する前記遮熱部材の半径に対して平行である、環状の遮熱部材と、
前記環状の遮熱部材を受け取るための凹み部分を有する環状の予熱部材であって、前記環状の遮熱部材が前記凹み部分に受け取られたときに、前記環状の遮熱部材の間隙は前記環状の予熱部材の一部分を露出する、環状の予熱部材と、
前記環状の予熱部材の外半径から内半径まで延びる予熱部材間隙を通って延びるロックピンと
を備える遮熱アセンブリ。 - 前記予熱部材の内半径が、前記遮熱部材の内半径より大きい、請求項１に記載の遮熱アセンブリ。
- 前記予熱部材または前記遮熱部材が、低減された接触特徴を有する、請求項１に記載の遮熱アセンブリ。
- 前記予熱部材と前記遮熱部材がどちらも、傾斜した接触表面を有する、請求項１に記載の遮熱アセンブリ。
- 前記低減された接触特徴が隆起である、請求項３に記載の遮熱アセンブリ。
- 前記環状の予熱部材が、前記遮熱部材を取り囲む縁部分を有する、請求項１に記載の遮熱アセンブリ。
- 前記予熱部材間隙が、前記環状の予熱部材の前記凹み部分及び前記縁部分に形成される、請求項６に記載の遮熱アセンブリ。
- エッジを有する環状の凹み部分を有する環状の予熱部材であって、前記エッジは前記環状の予熱部材の半径に対して平行であり、前記凹み部分は、遮熱アセンブリに含まれる遮熱部材を受け入れるように構成され、前記環状の予熱部材は、前記環状の予熱部材の半径方向に沿って前記環状の予熱部材の外半径から内半径へのまっすぐな間隙を有し、前記まっすぐな間隙は前記凹み部分に形成される、環状の予熱部材と、
角に対するエッジの間に、形成された環状の予熱部材の露出部分であって、前記環状の予熱部材の半径は前記角を２等分し、前記エッジの各々は前記角を２等分する前記半径に対して平行であり、前記環状の予熱部材の前記露出部分は前記エッジの間から露出するように構成されている、露出部分と
を含む、
予熱部材。 - 前記凹み部分を取り囲む縁部分をさらに備える、請求項８に記載の予熱部材。
- 前記環状の予熱部材の上面内に形成された低減された接触特徴をさらに備える、請求項８に記載の予熱部材。
- 前記低減された接触特徴が隆起である、請求項１０に記載の予熱部材。
- 前記環状の予熱部材が、丸いエッジと、傾斜した接触表面とを有する、請求項８に記載の予熱部材。
- 間隙を有する環状の遮熱部材を備え、前記間隙が前記環状の遮熱部材の角に対しており、前記間隙が、前記間隙が対する前記角を２等分する前記環状の遮熱部材の半径に対して平行な第１のエッジ及び第２のエッジを有し、前記第１のエッジから前記第２のエッジまでの前記間隙は、５０ｍｍから１８０ｍｍであり、
前記環状の遮熱部材は、遮熱アセンブリに含まれる環状の予熱部材によって受けられるように構成され、
前記第１のエッジの前記間隙の外側コーナ及び前記第２のエッジの前記間隙の外側コーナは、それぞれ丸みを帯びており、それぞれ０．１ｍｍから１．０ｍｍの間の曲率半径を有する、
遮熱部材。 - 前記環状の遮熱部材が、傾斜した接触表面を有する、請求項１３に記載の遮熱部材。
- 前記環状の遮熱部材は、接触特徴が低減されている、請求項１３に記載の遮熱部材。
- 前記曲率半径は、０．３ｍｍから０．５ｍｍである、請求項１３に記載の遮熱部材。
- 前記環状の遮熱部材は、０．１ｍｍから１．５ｍｍの厚さを備える、請求項１３に記載の遮熱部材。
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